Применение сейсмического метода ОГТ для прямых поисков залежей углеводородов в карбонатных коллекторах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.12, кандидат геолого-минералогических наук Силкин, Константин Юрьевич

• Силкин, Константин Юрьевич
• кандидат геолого-минералогических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Силкин, Константин Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ, СВЯЗАННЫХ С ПРОБЛЕМОЙ ИЗУЧЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ АМПЛИТУД ОТРАЖЕННЫХ ВОЛН ОТ РАССТОЯНИЯ ИСТОЧНИК-ПРИЕМНИК

1.1. Коэффициенты отражения плоской волны от газосодержащих коллекторов при наклонном падении на границу

1.1.1. Теоретические основы

1.1.2. Углы падения

1.1.3. Примеры

1.1.4. Анализ зависимости амплитуды от удаления

1.1.5. Выводы

1.2. Изменения амплитуды, связанные с расстоянием источник-приемник и контролируемая обработка амплитуд

Выводы

1.3. Вариации амплитуд отраженных волн для газосодержащих коллекторов, связанные с изменением расстояния от источника до приемника

1.3.1. Теория

1.3.2. Примеры

1.3.3. Выводы

1.4. Сейсмические амплитудные аномалии и АХ^О-анализ на месторождении Местена Гранде, округ Джим Хогг, Техас

1.4.1. Теория

1.4.2. Пример

1.4.3. Выводы

1.5. Моделирование А\^0 и локальные обменные волны

Выводы

1.6. Сравнение индикаторов АЛ^О: Изучение на основе моделирования

Выводы

1.7. Выводы к главе 1

ГЛАВА 2. ВЫБОР АДЕКВАТНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КАРБОНАТНОГО РАЗРЕЗА

2.1. Петрофизические, литологические и структурные особенности карбонатных пород

2.1.1. Некоторые особенности нефтегазоносности карбонатных отложений

2.1.2. Процессы образования пустотного пространства карбонатных отложений

2.1.3. Размещение в земной коре залежей УВ, связанных с трещинными коллекторами

2.1.4. Роль трещин в формировании залежей УВ

2.1.5. Экспериментальные исследования петрофизических, литологических, структурных и коллекторских особенностей карбонатных пород

2.2. Квазианизотропия тонкослоистых периодических сред

2.3. Выводы к главе II

ГЛАВА 3. ТЕОРИЯ И АЛГОРИТМЫ

КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В АНИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ

3.1. Постановка задачи

3.2. Алгоритм расчета лучей параметрическим способом

3.3. Выводы к главе III

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ AVO-АНАЛИЗА К

ПОЛЕВЫМ МАТЕРИАЛАМ СЕЙСМИЧЕСКОГО МЕТОДА ОГТ НА ПРИМЕРЕ

НИЖНЕКОРОБКОВСКОГО ПОДНЯТИЯ (ДОНО-МЕДВЕДИЦКИЙ ВАЛ)

4.1. Описание объекта исследований

4.1.1. Сейсмогеологическая характеристика района работ

4.1.2. Методика полевых работ

4.2. Результаты применения метода А\^0 для карбонатных коллекторов

4.2.1. Описание первичного материала

4.2.2. Методика обработки первичного материала

4.2.3. Анализ полученных зависимостей

4.3. Выбор оптимальных параметров суммирования по ОГТ96

4.4. Выводы к главе IV

ГЛАВА 5. ПРОВЕРКА ПРОВЕДЕННЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

5.1. Влияние анизотропии скорости и типа порового флюида в карбонатном коллекторе на динамические характеристики волн

5.2. Методика А\^0-моделирования по материалам полевых сейсмических работ на Романовской площади

5.2.1. Построение модели среды

5.2.2. Расчетные результаты моделирования

5.3. Выводы к главе V

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение сейсмического метода ОГТ для прямых поисков залежей углеводородов в карбонатных коллекторах»

ВВЕДЕНИЕ

Прямые поиски залежей углеводородов в последнее время приобретают всевозрастающее значение в связи с тем, что объектом направленного поиска с помощью геофизических методов становятся средние и малые месторождения на значительных глубинах. Проверка с помощью бурения перспективных ловушек такого типа становится все менее рентабельной.

Изучение зависимости амплитуд отраженных волн от угла наклона лучевых траекторий (или от расстояния источник-приемник) проводится уже давно [35,37,39,41,44]. Был разработан метод AVO (Amplitude Versus Offset), что можно перевести как "зависимость амплитуды от расстояния источник-приемник". Далее фразу "расстояние источник-приемник" будем для краткости обозначать "РИП". Этот метод позволяет с достаточной точностью определять тип порового флюида коллектора по характеру изменения амплитуд с изменением угла падения волн на отражающие границы в продуктивной части разреза (как правило, на подошву и кровлю пласта-коллектора). Однако никто не изучал эту зависимость для карбонатов и доломитов, насыщенных газом, нефтью или водой. Все авторы ограничивались рассмотрением только терригенных пород. Между тем, приводимая здесь табл. 1 доказывает, что на долю карбонатных коллекторов (даже без учета смешанных коллекторов) приходится более трети всего углеводородного сырья. Поэтому задача распространения уже разработанного метода AVO на карбонатные коллекторы представляется

Антологические Нефть Газ типы пород

»—ж—* ~0 л s л л Табл. 1. Соотношение ресурсов

1 ерригенные Zo.4 о4.1

углеводородов в коллекторах Карбонатные 44.0 28.1 различных литологических типов,

Смешанные 27.6 7.8 % [11]

нам важной и актуальной.

Научная новизна данной работы заключается в том, что в ней изучаются карбонатные коллекторы, отличающиеся значительной неоднородностью по сравнению с терригенными, а также анизотропией скорости, что существенно усложняет решение поставленных задач. Полученные результаты могут быть использованы для проведения прямых поисков залежей УВ в карбонатных коллекторах, так как позволяют делать заключения о типе порового флюида (газ или вода), насыщающего горные породы, только с помощью анализа амплитудных кривых в ОГТ-выборках.

Цель работы — обосновать возможность применения для прямых поисков залежей углеводородов в карбонатных коллекторах сейсмического метода ОГТ (в модификации АЛ/О), основанном на детальном изучении динамических особенностей отраженных волн.

Задачи диссертации формулируются следующим образом.

1. Провести исследования зависимости амплитуд отраженных волн от РИП для конкретного карбонатного коллектора.

2. Разработать компьютерную программу для моделирования А\/0~ эффектов в анизотропных упругих толстослоистых средах. Под толстыми слоями будем понимать такие слоя, мощность которых превышает длину сейсмической волны.

3. Проверить с помощью математического моделирования правильность проведения амплитудного анализа полевого материала.

4. Сделать выводы о перспективности поисков залежей УВ в карбонатных коллекторах с помощью А\/0-анализа.

Для решения первой задачи была взята сейсмическая информация, полученная в процессе проведения полевых работ (АО " Волгоград -нефтегеофизика") по методу ОГТ на профиле 860529 Романовской площади (район Доно-Медведицких поднятий). Выбор профиля обусловлен наличием на сейсмическом временном разрезе перспективной антиклинальной структуры по продуктивному горизонту

(трещиноватые известняки воронежского горизонта, D3fr), а также тем, что скважина 20-Нижнекоробковская, пробуренная вблизи этого профиля, дала воду с примесью нефти из пласта-коллектора. На сейсмограммах О.ГТ изучались амплитуды осей синфазности, связанных с волнами, отраженными от карбонатного коллектора. Было взято несколько сейсмограмм, чьи средние точки находились как над предполагаемой залежью, так и вдали от нее. Полученные в результате соотношения показали, что характер зависимости амплитуды от РИП имеет разную форму над предполагаемой залежью и вдали. Было сделано предположение, что это связано в большей степени с изменением в коллекторе типа порового флюида (с газа на воду) вдоль профиля, хотя допускается также и более слабое влияние смены литологии и коэффициэнта пористости.

Вторая задача — составление компьютерной программы для двумерного математического моделирования сейсмических эффектов в анизотропных средах — была решена с помощью системы визуального программирования Delphi 3.0. Программа написана на языке Object Pascal 7.0. Она обладает возможностью рассчитывать с точностью нулевого приближения лучевого метода кинематические и динамические характеристики отраженных волн, распространяющихся в упругой среде, состоящей из небольшого (10-20) количества "толстых" анизотропных (трансверсально-изотропных) слоев. При этом параметры слоев могут изменяться вдоль профиля.

Для решения третьей задачи была построена двумерная модель среды по ПР 860529 Романовской площади. При этом учитывались как возможная анизотропия слоев, так и изменение их упругих характеристик по латерали. Исходной информацией для этого послужили: временной разрез по профилю, данные сейсмического и акустического каротажа в скважине 20-Нижнекоробковская.

Результатом моделирования стали вычисленные зависимости амплитуды отраженных волн на синтетических сейсмограммах ОГНГ в тех точках профиля, которые соответствуют моделируемой залежи и вдали от нее.

Решение первых трех задач позволило решить и последнюю. При сравнении экспериментальных и теоретических А\/0~ зависимостей обнаружилось их значительное сходство. Был сделан вывод о том, что проведение исследований амплитуд волн, отраженных от границ карбонатного коллектора имеет большое практическое значение, так как позволяет делать предположения о типе флюида, заполняющего поры карбонатного коллектора. Это, в свою очередь, позволит проводить прямые поиски залежей УВ.

Таким образом, основными защищаемыми положениями диссертации являются:

1. Доказана эффективность применения метода АЛ/О для обработки сейсмических данных ОГТ с целью прямых поисков залежей углеводородов в карбонатных коллекторах.

2. Разработана компьютерная программа для моделирования полей отраженных волн в анизотропных горизонтально-неоднородных карбонатных коллекторах.

3. Доказана возможность применения метода А\/0 для определения оптимальных параметров суммирования по ОГТ при исследовании карбонатных коллекторов.

Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. В 1-й главе "Обзор работ, связанных с проблемой изучения зависимости амплитуд отраженных волн от расстояния источник-приемник" проводится обзор исследований по проблеме прямых поисков залежей углеводородов с помощью АЛ^О-анализа. Как можно увидеть, все исследования проводились только для терригенных коллекторов.

В процессе решения поставленных задач мы натолкнулись на определенные трудности, связанные с петрофизическими особенностями карбонатных пород. Как показано во П-й главе "Выбор адекватной математической модели карбонатного разреза", известняки и доломиты очень часто характеризуются существенной изменчивостью физических свойств (для нас особенно интересны скорости продольных и поперечных волн). Карбонаты нередко имеют различные скорости распространения сейсмических волн в матрице породы по различным направлениям, то есть обладают свойством анизотропии скоростей. Это вызывается закономерными изменениями физических свойств матрицы породы (в результате выщелачивания, доломитизации, каль-цитизации и др.), раздроблением породы системами трещин. Предлагается использовать в качестве математической модели карбонатного разреза совокупность "толстых" трансверсально-изотропных однородных слоев. С помощью такой модели можно учитывать не только тонкую слоистость разреза, но и существенную неоднородность карбонатов.

В III-й главе "Теория и алгоритмы компьютерной программы математического моделирования волновых процессов в анизотропных средах" для математического моделирования кинематических и динамических особенностей отраженных волн в анизотропных средахприводятся основные теоретические положения и алгоритмы программы, разработанной автором и использованной им для исследований.

В ГУ-Й главе "Применение А\^0-анализа к полевым материалам сейсмического метода ОГТ на примере Нижнекоробковского поднятия (Доно-Медведицкий вал)" дается описание конкретного сейсмического полевого материала метода ОГТ. Производится обработка этой информации по методу А\^0 и выявляются особенности поведения

графиков зависимости амплитуды отраженных волн от РИП.

\/-я глава "Проверка проведенных исследований с помощью математического моделирования" посвящена проверке и подтверждению исследований, описанных в IV главе. Для этого используется математическое моделирование с помощью разработанной автором программы. Делаются выводы относительно влияния типа насыщающего флюида на характер А\/0-зависимости.

Заключение диссертации по теме «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», Силкин, Константин Юрьевич

5.3. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ V

Изучение амплитудных зависимостей с помощью математического моделирования позволило подтвердить правильность проведения А\^0-анализа над Нижнекоробковской структурой. При этом производился учет анизотропии скорости в карбонатных породах, а также вариаций физических свойств вдоль профиля вследствие изменения коэффициента пористости и типа насыщающего флюида. Значит имеется возможность проводить прямые поиски залежей углеводородов с помощью метода АЛ/О. Доказательством этого является факт совпадения реальных сейсмических материалов с синтетическими.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная работа посвящена одному из методов прямых поисков залежей углеводородов по сейсмическим данным ОГТ. Этот метод в иностранной печати получил название АУО-анализ, суть которого заключается в изучении амплитуд отраженных волн в выборках ОГТ до суммирования. Автор показал, что А\^0-анализ является мощным инструментом для прямых поисков залежей У В. С его помощью можно по форме амплитудных кривых в выборках ОГТ различать коллекторы, которые содержат воду, от коллекторов, содержащих газ. Кроме того метод позволяет разделять аномалии, обусловленные газосодержащими песчаниками, и аномалии, чьим источником являются высокоскоростные пласты магматических пород. Прямой поиск нефтенасыщенных коллекторов также возможен, хотя и требует более тонкого анализа, так как амплитудные зависимости у таких коллекторов близки по форме и уровню с водонасыщенными.

А\Ю-анализ позволяет выбирать правильные параметры суммирования для таких типов коллекторов, у которых наблюдается смена знака амплитуды отраженной волны в выборке ОГТ. При суммировании подобных выборок происходит взаимное уничтожение сигналов на разных удалениях. Поэтому на сейсмическом разрезе такие коллекторы имеют плохую амплитудную выраженность. А\^0-анализ позволяет определить максимальное расстояние источник-прибор, при котором деструктивный эффект во время суммирования происходить не будет.

В диссертации обосновывается, что наиболее полно петрофизические свойства карбонатного коллектора для математического моделирования могут быть описаны только при учете изменчивости свойств вдоль слоя, а также анизотропии скорости. Следовательно программа, которую можно использовать для математического моделирования должна обладать возможностью представлять среду в виде толстых (под толстым понимаем такой слой, чья мощность превышает длину регистрируемых сейсмических волн) трансверсально-изотропных неоднородных слоев. С помощью такого подхода можно учитывать не только тонкую слоистость разреза, но и существенную неоднородность карбонатов.

Существует немало возможностей для применения программы, рассчитывающей волновые поля в анозотропных средах. Например, для трещиноватых сред кинематические и, особенно, динамические особенности сейсмических волн могут быть смоделированы только с учетом анизотропных свойств пород. Разработанная автором программа обладает возможностью учитывать анизотропию скорости и изменчивость свойств слоев вдоль профиля. Вычисления производятся в рамках нулевого приближения лучевого метода, что делает программу эффективной и быстродействующей. Таким образом, предлагаемая автором программа может применяться для изучения АЛ/О-зависимостей для карбонатных коллекторов.

Результаты, полученные с помощью АЛ/О-анализа по данным метода ОГТ, проведенного на Романовской площади показали, что наблюдается существенное различие между формой амплитудных зависимостей для волн, отраженных от границ карбонатного коллектора (франские трещиноватые известняки) в сводовой части Нижнеко-робковской структуры и на некотором удалении от нее. Этот факт связывается автором со сменой порового флюида, насыщающего коллектор с газа в сводовой части на воду вне структуры.

Изучение амплитудных зависимостей с помощью математического моделирования позволило подтвердить правильность проведения А^/О-анализа над Нижнекоробковской структурой. При этом производился учет анизотропии скорости в карбонатных породах, а также вариаций физических свойств вдоль профиля вследствие изменения коэффициента пористости и типа насыщающего флюида. Значит имеется возможность проводить прямые поиски залежей углеводородов с помощью метода А\/0. Доказательством этого является факт совпадения реальных сейсмических материалов с синтетическими.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Силкин, Константин Юрьевич, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабич В.М. Лучевой метод вычисления интенсивности волновых фронтов в случае упругой неоднородной анизотропной среды / / Вопросы динамической теории распространения волн. — Л., 1961. - Вып. 5. ~ С. 36-46.

2. Багринцева К.И. Карбонатные породы — коллекторы нефти и газа. - М.: Недра, 1977. - 231 с.

3. Берзон И.С. Некоторые вопросы интерпретации годографов обменных отраженных волн. // Труды Ин-та физики Земли. —

1959. - № 6 (173). - С. 15-19.

4. Берзон И.С., Епинатъева A.M., Парийская Г.Н. Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах. — М.: Изд-

во АН СССР, 1962.- 511 с.

5. Библиотека программ LIDA-3 по аппроксимации функций и цифровой фильтрации сигналов и изображений. — Новосибирск: Б.и., 1987. — Ч. 1: Аппроксимация. — 169 с.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — ML: Наука, 1980. — 975 с.

7. Газовые и газоконденсатные месторождения / В.Г. Васильев, В.И. Ермаков, И.П. Жабрев и др.; Под ред. Н.П. Жабрева. М.: Недра, 1983. - 375 с.

8. Дорофеева Т.В. Особенности формирования емкости в породах баженовской свиты / / Нефтегазовая геология и геофизика. —

1980. - № 11. - С. 33-36.

9. Дорофеева Т.В. Тектоническая трещиноватость горных пород и условия формирования трещинных коллекторов нефти и газа. — Л.: Недра, 1986. - 222 с.

10. Загускин В.Л. Справочник по численным методам решения алгебраических и трансцендентных уравнений. — М.: Физматгиз,

1960. - 216 с.

11. Кузнецов В.Г. Природные резервуары нефти и газа в карбонатных отложениях. — М.: Недра, 1992. — 240 с.

12. Латышева М.Г. Практическое руководство по интерпретации диаграмм геофизических исследований скважин. — М.: Недра,

1991. - 219 с.

13. Ляховицкий Ф. М., Невский М.В. Анализ и интерпретация годографов отраженных волн в случае поперечно-изотропных сред: Обзор / ВИЭМС. - М., 1972. - 230 с. - (Сер. Регион., развед. и промыс. геофиз.; Вып. 3).

14.Нефть в трещинных коллекторах / Б.А. Тхостов, А.Д. Везирова, Б.Ю. Вендельштейн, В.М. Добрынин. — М.: Недра, 1970. — 219 с.

15.Носач В.В. Решение задач аппроксимации с помощью персональных компьютеров. — М.: МИКАП, 1994. — 382 с.

16. Оболенцева И.Р. Лучевые скорости и поляризация сейсмических волн в функции эффективных упругих параметров тонкослоистых периодических сред. // Геология и геофизика. — 1974. — N° 12. - С. 79-93.

17. Оболенцева И .Р. Численный способ решения прямых пространственных задач геометрической сейсмики для сложнопостроенных анизотропных сред / / Экспериментальные и теоретические исследования отраженных волн. — Новосибирск,

1975. - С. 134-142.

18. Оболенцева И.Р., Гречка В.Ю. Лучевой метод в анизотропной среде: (Алгоритмы, программы). — Новосибирск: ИГИГ, 1989. — 225 с.

19. Петрашенъ Г.И. Распространение волн в анизотропных упругих средах. — Л.: Наука, 1980. — 280 с.

20 .Распространение объемных волн и методы расчета волновых полей в анизотропных упругих средах: Сб. науч. тр. / Мат. ин-т им. Стеклова, Ленингр. отд-ние; Под ред. Г.И. Петрашеня. — Л.: Наука, 1984. - 282 с.

21. Сейсморазведка: Справочник геофизика / Под ред. И.И. Гур вича, В.П. Номоконова,— М.: Недра, 1981. — 464 с.

22.Смехов Е.М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа. - Л.: Недра, 1974. ~ 200 с.

23.Справочник по нефтяным и газовым месторождениям зарубежных стран / Под ред. И.В. Высоцкого. — М.: Недра, 1976. — Кн. 1.

- 600 е.; Кн. 2. - 584 с.

24.Anstey N.J. Seismic interpretation: The physical aspects. // Internat. Human Resources Develop. Corp. — Boston, 1977. — P. 236-242.

25. Backus G.E. Long wave elastic anisotropy produced by horizontal layering. // J. Geoph. Res. - 1962. - Vol. 67, No 11. - P. 9-15.

26.Burnett R.C. Seismic amplitude anomalies and AVO analyses at Mestena Grande Field, Jim Hogg Co., Texas. // Geophysics. — 1990. - Vol. 55, No 8. - P. 1015-1025.

27.Castagna J.P., Batzle M.L., Eastwood R..L. Relationships between compressional- and shear-wave velocities in clastic silicate rocks. //

Geophysics. - 1985. - Vol. 50, No 4. - P. 551-570. 2 & .Castagna J.P., Smith S.W. Comparison of AVO indicators: A modeling study. // Geophysics. - 1994. - Vol. 59, No. 12. - P. 1849-1855.

29.Gassatuay G.S., Richgels H.J. Seismic amplitude measurment for primary estimation. // Soc. Explor. Geophys. — 1983. — P. 321330.

30.Gassmann F. Elasticity of porous media. // Vier. der Natur. — 1951. - Heft 1. - S. 23-52.

31. Ielbig K. Elastischen Wellen in anisotropen Medien. Gerlads Beitr. // Geophysics. - 1958. - Vol. 67, No 2. - P. 256-288.

32.Koefoed O. On the effect of Poisson's ratios of rock strata on the reflection coefficients of plane waves. // Geophys. Prosp. — 1955.

- Vol. 3, No 2. - P. 381-387.

33.Mallick S., Frazer L.N. Practical aspects of reflectivity modeling // Geophysics. - 1987. - Vol. 52, No. 10. - P. 1355-1364.

34.Newman P. Divergence effects in a layered earth. // Geophysics. — 1973. - Vol. 48, No 4. - P. 481-488.

35 .Ostrander W.J. Plane-wave reflection coefficients for gas sands at

non normal incidence. // Geophysics. — 1984. — Vol. 49, No. 10.

- P. 1637-1648.

36 .Postma G.W. Wave propagation in a stratified medium. //

Geophysics. - 1955. - Vol. 20, №. 4. - P. 521-534. 37.Rutherford S.R., Williams R.H. Amplitude-versus-offset variations in gas sands. // Geophysics. — 1989. — Vol. 54, No. 6. — P. 680-688.

3S.Shuey R.T. A simplification of the Zoeppritz equations. //

Geophysics. - 1985. - Vol. 50, No. 12. - P. 2697-2708. 39.Simmons J.L., Backus M.M. AVO modeling and the locally converted shear wave. // Geophysics. — 1994. — Vol. 59, No. 9. — P. 1237-1248.

40.Smith C.G., Qidlovo P.M. Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas. // Geophys. Prosp. — 1987. — Vol. 35, No 8. - P. 993-1014. 41 .Swan H.Vf. Properties of direct AVO hydrocarbon indicators. // Soc. Expl. Geophys. - 1993. - P. 221-230.

42.Trorey A..W. A Simple theory for Seismic diffractions // Geophysicis.

- 1970. - Vol. 35, No. 5. - P. 762-784.

43.Yu G. Offset-amplitude variation and controlled-amplitude processing. // Geophysics. - 1985. - Vol. 50, No. 12. - P. 2697-2708.

44.Zoeppritz K.. Uber Reflexion and Durchgang seismischer Wellen durch Unstetigkeitsflachen. // Gottinger Nachr. — 1919, N 1. — S. 66-84.